Pyrotechnický aktivátor se společnou iniciací časově posunutých dějů

Oblast techniky

Vynález se týká pyrotechnického aktivátoru, určeného hlavně pro předpínaěe bezpečnostních pásů, aktuátory pro systémy ochrany chodců a airbagy v automobilech, ale i pro jiné neautomobilní aplikace systémů na bázi elektrických iniciátorů. Je využitelný především v takových systémech, kde je kromě prvotní aktivace systému vyžadována ještě další a v čase zpožděná funkce.

Dosavadní stav techniky

Jak je známo v daném oboru, pro iniciaci vyšších celků, k jejichž funkci musí dojít velmi rychle, typicky do 2 milisekund po připojení zdroje zážehového proudu 1,2 A, se používají elektrické zažehovače nazývané squiby. Jejich primární funkcí je vyvinout výšleh plamene, žhavých částic a plynů o vysokém tlaku. Výsledkem musí být buď zážeh dalších energetických materiálů, nebo vykonání nějaké práce - například posun pístu v aktuátoru nebo předpínači bezpečnostních pásů.

Po průběhu této prvotní funkce zažehovače ale zůstává v daném výrobku zbytkový tlak, který nezřídka působí problémy. Například u aktuátorů zdvihaěů kapoty automobilu pro ochranu chodců tento zbytkový tlak brání návratu pístu do výchozí polohy a blokuje zavření kapoty zpět po vykonání práce zdvihače. Je tedy žádoucí, aby systém po určité době porušil svou těsnost a byl tak umožněn únik přebytečného a nežádoucího tlaku z dosud uzavřeného systému. Tento problém není u stávajících aktuátorů dosud uspokojivě vyřešen. Jeden ze známých způsobů řešení představuje aktuátor popsaný v CZ 2011-594. Jeho konstrukce dává možnost upuštění zbytkového plynu z aktuátoru pomocí kuželové drážky na pístku, do které sklouzne o kroužek, jestliže se shora zatlačí na pístek, načež mohou plyny uniknout. Určité omezení je ale možno spatřovat v tom, že tento proces neproběhne automaticky, ale je k němu potřeba mechanické iniciace zatlačením na pístek.

Jiné řešení tohoto problému je popsáno v mezinárodní přihlášce WO 2010/061 117 (Borg), kde dojde k upuštění zbytkového plynu z aktuátoru po prohoření vrstvy propelentu, umístěného v pístu aktuátoru. Z tohoto důvodu je zde vytvořen kanál lomený do pravého úhlu a zároveň je píst zeslabený, což jsou znaky z konstrukčního i funkčního hlediska nepraktické. Další slabinou tohoto řešení je také skutečnost, že se celkového účinku dosahuje až pomocí vyššího konstrukčního celku, s nepříznivým dopadem na výrobní náročnost a cenu výrobku.

V oblasti iniciace a funkce vyšších celků na bázi pyrotechnických aktivátorů se vedle již popsaných požadavků a problémů objevuje také potřeba po určité době od zahájení prvotní funkce zažehovače navázat realizací další akce, kterou může být například zážeh další náplně energetických materiálů, konání práce apod. Tento požadavek jsou stávající systémy schopny řešit pouze zařazením dalšího iniciátoru, který samostatně nastartuje novou akci. Příkladem takové konstrukce výrobku může být řešení podle US 2005/0 035 579, US 2014/145 421 na tzv. „dual stage inflator“ - vyvíječ plynu pro airbagy, který má dvě komory postupně odpalované pomocí dvou squibů, z nichž se nejdřív odpálí jeden squib a nafoukne airbag do určité míry a pak se se zpožděním odpálí druhý squib a doplní tlak v airbagu. Cílem tohoto řešení je časové rozložení účinku, aby nebylo nafouknutí airbagu tak agresivní. Toho se dosahuje za cenu vyšší konstrukční složitosti a nákladnosti výrobku, s nutností samostatné iniciace druhého iniciátoru a nastavení vhodné časové prodlevy mezi oběma starty.

Úkolem vynálezu je vyřešení konstrukce pyrotechnického aktivátoru s elektrickým iniciátorem tak, aby tento po určité době sám porušil svou těsnost a umožnil tak únik přebytečného a nežádoucího tlaku z uzavřeného systému, a/nebo aby po určité době samočinně realizoval další návaznou akci (zážeh další náplně energetických materiálů, konání práce apod.).

- 1 CZ 306186 B6

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých pyrotechnických aktivátorů do značné míry odstraňuje pyrotechnický aktivátor se společnou iniciací časově posunutých dějů podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že jeho iniciátor, tvořený G-pinem (groundedpin = uzemněný) a I-pinem (insulatedpin = izolovaný) a zasazený v nosiči opatřeném kovovým kalíškem s primární složí, má v nosiči odporového elementu vestavěnou zpožďovací kolonu naplněnou energetickým materiálem s časem shoření 0,003 až 15 sekund, a za zpožďovací kolonou je umístěn sekundární akční prostor, od něhož je zpožďovací kolona oddělena prostřednictvím dočasného uzávěru. Dočasný uzávěr může být tvořen kovovou lepicí páskou nebo také zeslabeným dnem nosiče.

Energetický materiál ve zpožďovací koloně může být na bázi struskotvomých nebo plynotvorných látek.

Pyrotechnický aktivátor podle vynálezu může být s výhodou umístěn přímo v aktuátoru tak, že svým kovovým kalíškem s primární složí, zasahuje do pracovní komory aktuátoru, přičemž sekundární akční prostor s dočasným uzávěrem zpožďovací kolony se nachází mimo pracovní komoru aktuátoru.

Pyrotechnický aktivátor podle vynálezu může být s výhodou řešen také tak, že jeho nosič, uchycený v plastovém těle, má zde v oblasti přiléhající k dočasnému uzávěru zpožďovací kolony vymezen sekundární akční prostor, který je naplněn zesilovací složí.

Pyrotechnický aktivátor se společnou iniciací časově posunutých dějů podle vynálezu vykazuje oproti dosud používaným výrobkům dané třídy zásadní výhodu v tom, že je schopen pomocí jediného iniciátoru spustit nejméně dva na sebe navazující děje s časově optimálním provázáním. Tato skutečnost má pozitivní dopad jak na celkový výsledek a kvalitu sledu požadovaných dějů, tak také na zjednodušení konstrukce, které se promítá do zvýšení funkční spolehlivosti a snížení ceny výrobku.

Objasnění výkresů

Konkrétní příklady provedení pyrotechnického aktivátoru podle vynálezu jsou znázorněny na přiložených výkresech, kde značí:

- obr. 1 - pyrotechnický GTMS iniciátor se zpožďovací kolonou zatěsněnou hliníkovou těsnicí membránou;

- obr. 2a - výrobek - pyrotechnický aktuátor (předpínač pásů) na bázi GTMS iniciátoru se zpožďovací kolonou neprůchozí - k upuštění tlaku z aktuátoru po funkci - stav před funkcí;

- obr. 2b - výrobek dle obr. 2a - stav po funkci;

- obr. 2c - graf ukazující průběh tlaku v aktuátoru nebo předpínači při použití GTMS iniciáto- ru s různými vestavěnými zpožďovacími kolonami sloužícími k upuštění tlaku z výrobku po funkci;

- obr. 3 - GTMS iniciátor dvoustupňového vyvíječe plynů pro airbagy s jedinou iniciací a zpožděním zážehu mezi prvním a druhým stupněm.

-2CZ 306186 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží následující příklady konkrétního provedení a po5 užití pyrotechnického aktivátoru podle vynálezu.

Příklad 1

Pyrotechnický aktivátor se společnou iniciací časově posunutých dějů podle obr. 1 má iniciátor 1, tvořený G-pinem la, připájeným na nosiči 2 tvořeném nosným prstencem z neřeži, a I-pinem 1b zasazeným uprostřed nosiče 2 a zatěsněným zde skleněným zátavem, iniciátor 1 má mezi oběma piny na nosiči 2 vytvořen odporový element (můstek) 13 z nichromu. V nosiči 2 je vedle centrálního otvoru nesoucího I-pin 1b vytvořena zpožďovací kolona 3 ve tvaru průchozího válce s osa15 zením o průměru zmenšeném ze strany vstupu elektrických kontaktů G-pinu la a I-pinu lb.

Zpožďovací kolona 3 je vyplněna energetickým materiálem 4 s časem shoření 7 ms a zvenčí uzavřena dočasným uzávěrem 6, tvořeným zde hliníkovou lepicí páskou. Nosič 2 iniciátoru 1 je opatřen kovovým kalíškem 9, který obsahuje minimálně primární slož 10 a je k nosiči 2 těsně připojen svarem.

Při aktivaci iniciátoru 1 dojde nejprve k zážehu primární slože 10, od ní se následně zažehne energetický materiál 4 ve zpožďovací koloně 3 a jeho prohoření zajistí s daným zpožděním následnou akci, podmíněnou otevřením dočasného uzávěru 6. Nejjednodušším příkladem této následné akce je prosté porušení těsnosti sestavy iniciátoru 1 a požadované upuštění přebytečného 25 tlaku. Může však jít také o zážeh dalších energetických materiálů po uplynutí žádaného zpoždění (na obr. 1 neznázoměno).

Příklad 2

Pyrotechnický aktivátor se společnou iniciací časově posunutých dějů podle obr. 2a má iniciátor 1 vytvořen analogicky jako v příkladu 1, tedy G-pinem la a I-pinem lb . Zpožďovací kolona 3 vytvořená v nosiči 2 vedle centrálního otvoru je zde ve tvaru neprůchozího válce a zvenčí je uzavřena dočasným uzávěrem 6 - zeslabeným dnem o tloušťce umožňující pozdější protržení tlakem 35 generovaným ve výrobku. Prostor zpožďovací kolony 3 je vyplněn energetickým materiálem 4 (nebo několika energetickými materiály 4a, 4b) s časem shoření 50 až 60 ms. Nosič 2 iniciátoru 1 je opět umístěn v kovovém kalíšku 9, který obsahuje minimálně primární slož 10 a je k nosiči 2 těsně připojen svarem.

Tento výrobek se od výrobku popsaného v příkladu 1 liší především konstrukčním řešením dočasného uzávěru 6, přičemž obr. 2 zároveň přibližuje jeho aplikaci. Pyrotechnický aktivátor podle tohoto provedení, znázorněný na obr. 2a před funkcí, je umístěn v aktuátoru 7 tak, že svým kovovým kalíškem 9 s primární složí 10 zasahuje do pracovní komory 8 aktuátoru 7, přičemž sekundární akční prostor 5 s dočasným uzávěrem 6 zpožďovací kolony 3 se nachází mimo pracovní 45 komoru 8 aktuátoru 7. Toto provedení je vhodné pro případ aktuátoru 7 (nebo předpínače pásu) s požadovanou mechanickou funkcí - posuvem akčního členu, kde je zapotřebí dosáhnout následného uvolnění zbytkového tlaku v pracovní komoře 8 aktuátoru 7Jviz obr. 2b).

Příklad 3

Nosič 2 iniciátoru X (G-pin la, J-pin 1 b) znázorněný na obr. 3 má základní konstrukční prvky shodné s výrobkem dle příkladu 1, s tím rozdílem, že je vytvořen fixací nosiče 2 iniciátoru 1 zástřikem v plastovém těle 11, ve kterém je v bezprostřední návaznosti na zpožďovací kolonu 3 55 vymezen sekundární akční prostor 5 naplněný zesilovací složí 12. Tato zesilovací slož 12 se za

-3 CZ 306186 B6 žehne s časovým posunem daným časem shoření 5 ms energetického materiálu 4 ve zpožďovací koloně 3. Tak se zajistí jedinou iniciací se zpožděním další akce - zážeh zesilovací slože 12 v sekundárním akčním prostoru 5 dvoustupňového vyvíječe plynů pro airbagy po uplynutí žádaného zpoždění. Toto konstrukční řešení je určeno pro zjednodušený dvoustupňový (vícestupňový) vyvíječ plynů.

Průmyslová využitelnost

Pyrotechnický GTMS aktivátor podle vynálezu najde využití zejména v automobilovém průmyslu (vyvíječe plynů pro předpínače bezpečnostních pásů, vyvíječe plynů pro vaky airbagů a aktuátory pro zdvihače kapoty pro ochranu chodců). Využitelný však bude i v jiných oblastech - všude tam, kde je kromě prvotní aktivace systému vyžadována ještě další a v čase zpožděná funkce.